引言 　　總裝機(jī)容量1000kW以下的小型泵站在農(nóng)田水利、防洪排澇泵站中占有相當(dāng)大的比例，采用傳統(tǒng)的單機(jī)控制和集中控制方式，運(yùn)行管理成本較高，尤其在裝機(jī)容量100kW以下的農(nóng)田灌溉和作物噴管工程中的群布式小型泵站，使用人工值守運(yùn)行，運(yùn)行人工費(fèi)用占運(yùn)行成本較大比例。為了降低小型泵站運(yùn)行費(fèi)用，提高小型泵站的自動(dòng)化程度，根據(jù)小型泵站的運(yùn)行工藝特點(diǎn)，采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制，通過(guò)設(shè)定運(yùn)行程序?qū)φ谜具M(jìn)行運(yùn)行和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)半無(wú)人值守或無(wú)人值守。通過(guò)無(wú)線傳輸設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十公里范圍內(nèi)多泵站無(wú)人值守泵站群控運(yùn)行，大大降低小型泵站運(yùn)行人工費(fèi)用，讓有限的運(yùn)行費(fèi)用更多的用于泵站設(shè)備改造、維修和維護(hù)，更有效提高泵站設(shè)備完好率和可用保證率。 一、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè) 　　數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)主要分為兩類；模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。 　　模擬量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水位、電機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、流量；數(shù)字量檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓?jiǎn)?dòng)柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力。 　　數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC模擬量輸入模塊通過(guò)傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位，將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，控制排水泵的啟停。電機(jī)電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等傳感器與變送器，主要用于監(jiān)測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況，超限報(bào)警，以避免水泵和電機(jī)損壞。PLC的數(shù)字量輸入模塊將各種開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集到PLC中作為邏輯處理的條件和依據(jù)，控制排水泵的啟停。 　　在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，模擬量信號(hào)的處理是將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)（A/D轉(zhuǎn)換），其變換速度由采樣定律確定。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號(hào)中最高頻率成分的２倍以上，這樣經(jīng)A/D變換的精度可完全恢復(fù)到原來(lái)的模擬信號(hào)精度。A/D變換的精度取決于A/D變換器的位數(shù)。同時(shí)，PLC所采用的A/D模塊均以積分方式變換，可使輸入信號(hào)的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化，適用于噪音嚴(yán)重的工業(yè)場(chǎng)所。 　　 二、系統(tǒng)功能及特點(diǎn) 　?。ǎ保?、PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運(yùn)行。該程序結(jié)構(gòu)具有清晰、簡(jiǎn)捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。 　?。ǎ玻⑾到y(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。 　?。ǎ常?、系統(tǒng)可根據(jù)投入運(yùn)行泵組的位置，自動(dòng)選擇啟動(dòng)就近的真空泵，若在程序設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)不到真空度，便自動(dòng)啟動(dòng)備用真空泵。 　　（４）、系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷和供電部門(mén)所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段，以“避峰填谷”原則確定開(kāi)、停水泵時(shí)間，從而合理地利用電網(wǎng)信息，提高礦井的電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。 　?。ǎ担LC自動(dòng)檢測(cè)水位信號(hào)，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，自動(dòng)投入和退出水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，合理地調(diào)度水泵運(yùn)行。 　?。ǎ叮?、在觸摸屏上動(dòng)態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù)，超限報(bào)警，故障畫(huà)面自動(dòng)彈出，故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍。具有故障記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 　　（７）、系統(tǒng)具有通訊接口功能，PLC可同時(shí)與觸摸屏及地面監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)通訊，傳送數(shù)據(jù)，交換信息，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控功能。 　?。ǎ福?、系統(tǒng)保護(hù)功能有以下幾種。 　　超溫保護(hù)：水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時(shí)，通過(guò)溫度保護(hù)裝置及PLC實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。 　　流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行時(shí)，如流量達(dá)不到正常值，通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。 　　電動(dòng)機(jī)故障：利用PLC及觸摸屏監(jiān)視水泵電機(jī)過(guò)電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控 　　電動(dòng)閘閥故障：由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的過(guò)載、短路、漏電、斷相等故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。 　?。ǎ梗?、系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢３種工作方式。 　　 三、 系統(tǒng)方案 　　1、生產(chǎn)流程分析 　　以一座裝機(jī)容量為6臺(tái)37kW的某小型排澇抽水泵站為例，其作業(yè)流程如圖1所示。 　　該類型泵站主要以水泵輪流循環(huán)作業(yè)，根據(jù)泵站進(jìn)水前池來(lái)水量及水位高低，自動(dòng)調(diào)整投運(yùn)水泵數(shù)量，保持進(jìn)水前池水位處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的預(yù)定設(shè)定點(diǎn)。 2、工藝流程對(duì)系統(tǒng)的要求 　　（1）、 水泵啟動(dòng)數(shù)量、運(yùn)行時(shí)間：根據(jù)進(jìn)水前池來(lái)水量及進(jìn)水前池水位確定啟動(dòng)水泵數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間。 　?。?）、水泵的啟停、循環(huán)：要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在不需要6臺(tái)水泵同時(shí)開(kāi)機(jī)運(yùn)行的情況下，以每一時(shí)段分別增、減1臺(tái)水泵的方式實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)每臺(tái)機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間相同，避免有的機(jī)組連續(xù)工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有的機(jī)組運(yùn)行時(shí)間過(guò)少，有效避免有的機(jī)組過(guò)度磨損，有的機(jī)組則長(zhǎng)期停機(jī)的情況。 　?。?）、電氣控制：要求水泵不能在過(guò)短時(shí)間內(nèi)頻繁啟停，影響配電系統(tǒng)穩(wěn)定。在水泵啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中均有可靠、合理的過(guò)載、過(guò)流保護(hù)，具有低水位保護(hù)、高水位報(bào)警、大來(lái)水流量預(yù)警、水位連續(xù)測(cè)量功能。 　　 3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　系統(tǒng)主要由：PLC主控模塊，電源模塊，觸摸顯示屏，開(kāi)關(guān)量、模擬量輸入、輸出模塊，現(xiàn)場(chǎng)儀表以及其他輔助設(shè)備組成。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。 　?。?）、 PLC主控模塊：負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞部分，要求具有高可靠性和穩(wěn)定性。 　?。?）、電源模塊：穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)是整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要條件，要求電源模塊穩(wěn)定、可靠，留有一定的功率余量。 　　2.3.3 觸摸顯示屏：觸摸顯示屏是整個(gè)系統(tǒng)中人機(jī)對(duì)話的界面設(shè)備，要求耐用、美觀，能清晰顯示各種運(yùn)行、設(shè)定等信息。 　　2.3.4 開(kāi)關(guān)量、模擬量輸入、輸出模塊：該部分是PLC裝置正確接收信息和發(fā)出指令的關(guān)鍵設(shè)備，要求有高可靠性、穩(wěn)定性，能實(shí)現(xiàn)某些電、磁的隔離功能。 　　2.3.5 現(xiàn)場(chǎng)儀表：PLC系統(tǒng)通過(guò)接收現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備發(fā)出的信號(hào)判斷被控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及是否適于設(shè)備運(yùn)行的運(yùn)行環(huán)境條件，因此要求現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備具有高可靠性和穩(wěn)定性、精確性。 　　2.3.6 其他輔助設(shè)備：輔助設(shè)備如冷卻風(fēng)扇、UPS不間斷電源等是完善整個(gè)系統(tǒng)所必須的，對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命有較大的幫助。 　　2.4 系統(tǒng)選型方案實(shí)例 　　以已投入運(yùn)行的某防洪排澇泵站為例，主控模塊選用三菱FX2N-48MR型PLC模塊；開(kāi)關(guān)量擴(kuò)展模塊和模擬量擴(kuò)展模塊分別選用三菱FX2N-16EX和FX2N-4AD型；觸摸屏選用10英寸16色彩色觸摸屏。接線原理見(jiàn)圖3。 　　 4 結(jié)束語(yǔ) 　　可編程序控制器（PLC）小型自控系統(tǒng)具有造價(jià)低廉，可靠性高，能耗低，適用于各種環(huán)境條件下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，并且在系統(tǒng)硬件組成不變的情況下通過(guò)更改軟件設(shè)置來(lái)適應(yīng)多種工藝運(yùn)行方式的需要，是傳統(tǒng)繼電器控制的理想替代品。尤其在農(nóng)田水利系統(tǒng)的小型泵站中實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守或半無(wú)人值守具有廣闊的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。 　　 [b]參考文獻(xiàn)： [/b] ［1］徐曉松,錢(qián)存元,謝維達(dá).異步電動(dòng)機(jī)泵控軟起動(dòng)器的軟?？刂芠J].電力電子技術(shù),2001,35（3） ［2］薛均義,姚燕南.微機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1993 編輯：何世平